影响弹簧疲劳强度的因素

kevin8hu

影响弹簧疲劳强度的因素    1.屈服强度  材料的屈服强度和疲劳极限之间有一定的关系，一般来说，材料的屈服强度愈高，疲劳强度也愈高，因此，为了提高弹簧的疲劳强度应设法提高弹簧材料的屈服强度，或采用屈服强度和抗拉强度比值高的材料。对同一材料来说，细晶粒组织比粗晶粒组织具有更高的屈服强度。2．表面状态  最大应力多发生在弹簧材料的表层，所以，弹簧的表面质量对疲劳强度的影响很大。弹簧材料在轧制、拉拔和卷制过程中造成的裂纹、疵点和伤痕等缺陷往往是造成弹簧疲劳断裂的原因。
( F$ \* e, s+ X9 o$ I    材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。图1所示为材料表面粗糙度对疲劳极限的影响。从图上可以看出，随着表面粗糙度的增加，疲劳极限下降。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种及不同的卷制方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。因为钢制热卷弹簧及其热处理加热时，由于氧化使弹簧材料表面变粗糙和产生脱碳现象，这样就降低了弹簧的疲劳强度，图2为脱碳层深度对疲劳强度的影响。
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% M1 Z# K! [& g4 @1 u图1  表面粗糙度和疲劳极限的关系                 图2  脱碳层深度对疲劳极限的影响
1一磨削冷拔材料  2一冷拔材料  3一热轧材料  
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    对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。
$ n' }- c# h3 p/ ~% p6 b    3．尺寸效应  材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。因此在计算弹簧的疲劳强度时要考虑尺寸效应的影响。
    4．冶金缺陷  冶金缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析，等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大提高钢材的质量。
6 W$ a+ c9 c0 Z% f  Q) k    5．腐蚀介质  弹簧在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。例如在淡水中工作的弹簧钢，疲劳极限仅为空气中的10％～25％。腐蚀对弹簧疲劳强度的影响，不仅与弹簧受变载荷的作用次数有关，而且与工作寿命有关。所以设计计算受腐蚀影响的弹簧时，应将工作寿命考虑进去。
! i! ?! U. Y: B. j* X. z0 T    在腐蚀条件下工作的弹簧，为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，如不锈钢、非铁金属，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。实践表明镀镉可以大大提高弹簧的疲劳极限。
/ L5 P( _) g1 r: f" h    6．温度  碳钢的疲劳强度，从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。在高温条件下工作的弹簧，要考虑采用耐热钢。在低于室温的条件下，钢的疲劳极限有所增加。
    有关以上这些影响疲劳强度因素的具体数值，参看有关资料。
一般材料表中所给出的σ-1和τ-1值是指材料表面光滑和在空气介质中所得的数据。如果所设计弹簧的工作条件与上述条件不符、则应对口σ-1和τ-1进行修正。一般考虑的影响因素有应力集中、表面状况、尺寸大小、温度等，分别采用应力集中系数Kσ(Kτ)、表面状态系数Kβ、尺寸系数Kε、温度系数Kt，等来表示，则实际的疲劳极限为
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